Linux文件操作

一、系统调用

在Linux中，为了更好地保护内核空间，将程序的运行空间分为内核空间和用户空间（也就是常称的内核态和用户态），它们分别运行在不同的级别上，在逻辑上是相互隔离的。

因此，用户进程在通常情况下不允许访问内核数据，也无法使用内核函数，它们只能在用户空间操作用户数据，调用用户空间的函数。简言之，如下图所示：

 二、用户编程接口（API）

系统调用并不是直接与程序员进行交互的，它仅仅是一个通过软中断机制向内核提交请求，以获取内核服务的接口。在实际使用中程序员调用的通常是用户编程接口—API,系统命令相对API更高了一层，它实际上一个可执行程序，它的内部引用了用户编程接口（API）来实现相应的功能。

系统命令与系统调用API的关系如下图：

三、Linux文件

 1、 Linux中，“一切皆为文件”。在Linux中对目录和设备的操作都等同于对文件的操作，都是使用文件描述符来进行的。Linux文件可分为：普通文件，目录文件，链接文件，设备文件；

2、文件及文件描述符

当打开一个现存文件或创建一个新文件时，内核就向进程返回一个文件描述符fd；当需要读写文件时，也需要把文件描述符作为参数传递给相应的函数。文件描述符是一个非负的整数，它是一个索引值，并指向在内核中每个进程打开文件的记录表。 （举例：买东西需要分票）

一个进程启动时，都会打开3个文件：标准输入、标准输出和标准出错处理。三个文件的文件描述符及对应的宏如下表所示：

 

文件描述符

宏

标准输入

0

STDIN_FILENO

标准输出

1

STDOUT_FILENO

标准出错

2

STDERR­_FILENO

四、不带缓存IO操作

1、创建          

（1）函数的作用：创建一个文件；

（2）函数的原型： int creat(const char *pathname, mode_t mode);

（3）函数的参数说明：  filename :创建的文件名（包含路径，缺省为当前路径）

                  mode：创建模式

常创建模式：

                  S_IRUSR      可读

                  S_IWUSR     可写

                  S_IXUSR     可执行

                  S_IXRWU     可读、可写、可执行

除用以上宏来选择创建模式，也可以用数字来表示，如0666，该八进制数字转化为二进制表示为110（所有者） 110 （同组）110 （其他文件），表示为三组文件都为可读可写。

 

（4）文件头：     #include <sys/types.h>

 #include <sys/stat.h>

 #include <fcntl.h>

（5）返回值：成功：新的文件描述符；

         出错：  -1

 创建几个函数：file_creat.c的函数的编写；

 

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> void  create_file(char *filename){     if(creat(filename,0755)<0){         printf("create file %s failure!\n",filename);         exit(EXIT_FAILURE);     }else{         printf("create file %s success!\n",filename);     } } int main(int argc,char *argv[]){     int i;         if(argc<2)    {         perror("you haven't input the filename,please try again!\n");         exit(EXIT_FAILURE);     }     for(i=1;i<argc;i++)    {         create_file(argv[i]);        }     exit(EXIT_SUCCESS); }

2、打开

（1）函数的作用：打开一个文件；

（2）函数的原型： int  open(constchar *pahtname, int flags);

int  open(const char *pahtname, int flags, mode_tmode);

注：两者的区别用法为，当用作创建新文件用时，选用第二种。

（3）返回值：文件描述符---成功；出错-1；

（4）头文件：#include<sys/types.h>

#include<sys/stat.h>

#include<fcntl.h>

（5）函数的参数：

     flags: 

以下三个常数中必须指定一个，且仅允许指定一个(这些常数定义在<fcntl.h>头文件中）：

O_RDONLY :只读  O_WRONLY：只写  O_RDWR:可读可写

    O_CREAT：  如果原来这个文件不存在，那么有这个参数就可以创建这个文件；需同时说明第三个参数mode，用其说明该新文件的存取权限。

    O_APPEND：原来有内容，则会自动保留文件内容，自动向下读写；（如不追加，则从文件开始处写）

    O_TRUNC：  文件存在，有内容，文件清空；

    O_NONBLOCK: 如果pathname指的是一个块特殊文件或一个字符特殊文件，则此选择项为此文件的本次打开操作和后续的I / O操作设置非阻塞方式。

当我们操作完文件以后,需要关闭文件：

            int close(int fd)；

3、读

（1）函数的原型：ssize_t read(int fd, void *buf,  size_tcount);

（2）函数的作用：从文件描述符fd所指定的文件中读取count个字节到buf所指向的缓冲区中。

（3）包含的头文件： #include <unistd.h>

（4）返回值：正常是实际读到的字节数；

            如果是在文件结束或者是无数据，返回0；

            出错，-1；

写入文件的形式有四种情况：写0，写全部，写部分，出错。

 

4、写

（1）函数的原型： ssize_t  write(int fd, const void *buf, size_t count);

（2）函数的作用：把count个字节从buf指向的缓冲区中写到文件描述符fd所指向的文件中。

（3）头文件： #include <unistd.h>

（4）返回值：  成功会返回实际写入的字节数；

               出错：-1；

文件的复制：

#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <stdlib.h>#define BUFFER_SIZE 1024int main(int argc,char *argv[]){    int from_fd,to_fd;    int bytes_read,bytes_write;    char buffer[BUFFER_SIZE];    char *ptr;    if(argc != 3)    {        printf("the files are not here!\n");        exit(1);    }    if((from_fd = open(argv[1],O_RDONLY)) == -1)    {        printf("open origonal file error!\n");        exit(1);    }    if((to_fd = open(argv[2],O_WRONLY | O_CREAT,S_IRUSR | S_IWUSR)) == -1)    {        printf("open target file error!\n");        exit(1);    }    while(bytes_read = read(from_fd,buffer,BUFFER_SIZE) )    {        if(bytes_read == -1)            break;        else if(bytes_read > 0)        {            ptr = buffer;            while(bytes_write = write(to_fd,ptr,bytes_read))            {                if(bytes_write == -1)                {                    break;                }                else if(bytes_write == bytes_read)                    break;                else if(bytes_write > 0)                {                    ptr += bytes_write;                    bytes_read -= bytes_write;                }            }            if(bytes_write == -1)                break;        }    }    close(from_fd);    close(to_fd);    exit(0);}

5、定位

（1）函数的原型：  int lseek(intfd, offset_t  offset, int whence);

（2）函数的作用：  将文件读写指针相对whence移动offset个字节。操作成功时，返回文件指针相对于文件头的位置。

（3）函数的参数：fd：文件标识符

          offset： 指针的微调，在指定的指针向前移动为负， 向后为正；

          whence： SEEK_SET：放在文件头

                     SEEK_CUR:当前的位置；

                     SEEK_END：  文件尾；

（4）返回值：返回文件当前指针到文件开始的地方有多少字节；出错-1；

  思考：利用lseek求一个文件的长度：int lseek(int fd,0,SEEK_END);

     

 五.不带缓存的I/O与带缓存的I/O的区别

 不带缓存的I/O对是文件描述符操作，带缓存的I/O是针对流的。

   标准I/O库就是带缓存的I/O，标准I/O提供缓存的目的就是减少调用read和write的次数，它对每个I/O流自动进行缓存管理（标准I/O函数通常调用malloc来分配缓存）。

它提供了三种类型的缓存：
    1) 全缓存。当填满标准I/O缓存后才执行I/O操作。磁盘上的文件通常是全缓存的。
    2) 行缓存。当输入输出遇到新行符或缓存满时，才由标准I/O库执行实际I/O操作。stdin、stdout通常是行缓存的。
    3) 无缓存。相当于read、write了。stderr通常是无缓存的，因为它必须尽快输出。

一般来说，由系统选择缓存的长度，并自动分配。标准I/O库在关闭流的时候自动释放缓存。在标准I/O库中，一个效率不高的不足之处是需要复制的数据量。

当使用每次一行函数fgets和fputs时，通常需要复制两次数据：

第一次是在内核和标准I/O缓存之间（当调用read和write时）， 第二次是在标准I/O缓存（通常系统分配和管理）和用户程序中的行缓存（fgets的参数就需要一个用户行缓存指针）之间。

 六、带缓存的I/O操作

1、创建和打开fopen

（1）函数的作用：打开文件

（2）函数的原型： FILE *fopen(const char *pth, const char *mode)

 mode:

   r:读，文件必须存在；

   r+：打开可读写，文件必须存在；

   w：打开只写文件，文件不存在就会创建文件；文件已存在，清空重写；

 w+:读写方式打开，如果文件不存在则创建，如果文件已存在清空重写

a：附加的形式打开只写文件，不存在就创建，存在就写到原来的文件尾。

   a+：以附加的形式打开可读写的文件，不存在就创建，存在就写到原来的文件尾。

b：二进制文件，但Linux不区分二进制文件和文本文件。

 

 （3）文件头： #include <stdio.h>     

 （4）返回值：  成功是指向=文件流的指针；

               出错返回空指针NULL（虽然NULL指针实质为0，但不允许与常数直接比较）；

总结：创建一个新文件的方式有三种：create、open函数使用O_CREAT、fopen函数打开方式使用w,w+,a,a+

2.关闭fclose

（1）头文件：#include<stdio.h>

（2）函数原型int fclose(FILE * stream);

（3）函数说明：

fclose()用来关闭先前fopen()打开的文件。此动作会让缓冲区内的数据写入文件中，并释放系统所提供的文件资源

（4）返回值：若成功则返回0，有错误发生时则返回EOF并把错误代码存到errno。

举例：

#include <stdio.h>int main(){    FILE *fp;    fp = fopen("target.txt","r+");    if(fp != NULL)    {        printf("fopen is ok!\n");    }    fclose(fp);    return 0;}

3.fputc

 （1）函数的作用：  将一个指定的字符写入到文件流中；

 （2）函数的原型：  int fputc(intc, FILE *stream);

 （3）返回值：   返回写入成功的字符c；  EOF则表示失败。

4.fgetc

 （1）函数的作用：从文件流中读取一个字符

 （2）函数原型： int fgetc(FILE *stream)

 （3）返回值：返回值正常的是读取的字符；EOF表示到了文件尾；

5.fputs

（1）函数的作用：将一个字符串写入到文件内

（2） 函数的原型： int fputs(const char *s, FILE *stream)

（3）返回值：成功返回写成字符数； EOF表示出错

6. fgets

（1）函数的作用：从文件中读取一个字符串；

（2）函数的原型： char *fgets(char *s, int size,  FILE *steam)

（3）函数的参数：从stream中读size-1个字符到s中

 返回值： 成功返回s， 出错NULL。

 

7. fread

（1）函数的作用：从文件流中读取数据块

（2）函数原型：  size_t  fread(void *ptr,  size_t size, size_t  nmemb, FILE * stream);

（3）返回值： 返回实际读到数据块的数目比nmember小的话，可能是到了文件尾，或者错误发生。

        feof ：到文件尾；

        ferror：判断错误的

8.  fwrite

（1）函数的作用：将数据块写到文件流中：

（2）函数原型：  size_t  fwrite(const void * ptr,  size_t size, size_t nmemb,  FILE *stream);

（3）函数参数：stream:为已打开的文件指针，ptr： 指向欲写入的数据地址，总共写入的字符数以参数size*nmemb来决定。

（4）返回值： 实际写入的nmemb数目；

#include <stdio.h>#include <string.h>#define set_s(x,y) {strcpy(s[x].name,y);s[x].size = strlen(y);}#define nmemb 3struct test{    char name[20];    int size;}s[nmemb],f[nmemb];int main(){    int i;    FILE *stream;    set_s(0,"hello");    set_s(1,"world");    set_s(2,"perfect");    stream = fopen("fwrite","w");    fwrite(s,sizeof(struct test),nmemb,stream);    fclose(stream);    stream = fopen("fwrite","r");    fread(f,sizeof(struct test),nmemb,stream);    fclose(stream);    for(i = 0;i < nmemb;i++)    {        printf("f[%d].size:%d  ",i,f[i].size);printf("f[%d].name: %s\n",i,f[i].name);        }}

11.fseek

（1）函数的作用：移动文件流的读写位置

（2）函数的原型： int fseek(FILE * stream, long offset, int whence)

（3）返回值：成功返回0， 出错-1；

 

****使用ftell来获取当前的位置；

 

12. ftell

（1）函数的作用：读取文件流的读写位置；

（2）函数的原型：long ftell(FILE * stream)

（3）返回值： 成功返回当前的读写位置；

         出错-1；

        

13. feof

（1）函数的作用：检测文件流是否到了文件尾

（2）函数的原型：int feof(FILE *stream)

（3）返回值：  非零代表到了文件尾，其他是0；

 

14. fprintf

(1)函数的作用：格式化数据到文件

(2)函数的原型： int fprintf(FILE *stream, const char *format, ....);

(3)返回值：成功返回实际输入的字符数，失败-1；

 

15. fscanf

(1)函数的作用： 格式化字符串输入

(2)函数的原型： int fscanf(FILE *strem, const char *fromat,....)

返回值：成功返回参数数目，出错-1